Mikrobiell økologisk historie, studieobjekt og applikasjoner

De mikrobiell økologi er en disiplin av miljømikrobiologi som oppstår ved anvendelse av økologiske prinsipper til mikrobiologi (mikros: liten, bios: livstid, logoer: studere).

Denne disiplinen studerer mangfoldet av mikroorganismer (mikroskopiske encellede organismer fra 1 til 30 µm), forholdet mellom dem med resten av levende vesener og med miljøet.

Siden mikroorganismer representerer den største terrestriske biomassen, påvirker deres økologiske aktiviteter og funksjoner sterkt alle økosystemer..

Den tidlige fotosyntetiske aktiviteten til cyanobakterier og den påfølgende oksygenakkumuleringen (O_to) i den primitive atmosfæren, representerer et av de klareste eksemplene på mikrobiell innflytelse i livets evolusjonære historie på planeten Jorden.

Dette, gitt at tilstedeværelsen av oksygen i atmosfæren, tillot utseendet og utviklingen av alle eksisterende aerobe livsformer..

Mikroorganismer opprettholder en kontinuerlig og viktig aktivitet for livet på jorden. Mekanismene som opprettholder det mikrobielle mangfoldet i biosfæren, er grunnlaget for dynamikken i terrestriske, akvatiske og luftige økosystemer..

Gitt dens betydning, vil mulig utryddelse av mikrobielle samfunn (på grunn av forurensning av deres habitater med industrielle giftige stoffer) føre til at økosystemer forsvinner avhengig av deres funksjoner..

Artikkelindeks

• 1 Historien om mikrobiell økologi
  • 1.1 Prinsipper for økologi
  • 1.2 Mikrobiologi
  • 1.3 Mikrobiell økologi
• 2 Metoder i mikrobiell økologi
• 3 Underdisipliner
• 4 Studieområder
• 5 Søknader
• 6 Referanser

Historien om mikrobiell økologi

Prinsipper for økologi

I første halvdel av 1900-tallet ble prinsippene for generell økologi utviklet, med tanke på studiet av "høyere" planter og dyr i sitt naturlige miljø..

Mikroorganismer og deres økosystemfunksjoner ble deretter ignorert, til tross for deres store betydning i den økologiske historien til planeten, både fordi de representerer den største terrestriske biomassen, og fordi de er de eldste organismer i livets evolusjonære historie på jorden..

På den tiden ble bare mikroorganismer betraktet som nedbrytere, mineralisatorer av organisk materiale og mellommenn i noen næringssykluser..

Mikrobiologi

Det anses at forskerne Louis Pasteur og Robert Koch grunnla disiplinen mikrobiologi, ved å utvikle teknikken til aksenisk mikrobiell kultur, som inneholder en enkelt celletype, etterkommer av en enkelt celle.

Imidlertid kunne interaksjoner mellom mikrobielle populasjoner ikke studeres i akseniske kulturer. Det var nødvendig å utvikle metoder som gjorde det mulig å studere mikrobielle biologiske interaksjoner i deres naturlige habitater (essensen av økologiske forhold).

De første mikrobiologene som undersøkte interaksjoner mellom mikroorganismer i jorda og interaksjoner med planter, var Sergéi Winogradsky og Martinus Beijerinck, mens flertallet fokuserte på å studere akseniske kulturer av mikroorganismer relatert til sykdommer eller gjæringsprosesser av kommersiell interesse..

Winogradsky og Beijerinck studerte spesielt de mikrobielle biotransformasjonene av uorganisk nitrogen og svovelforbindelser i jorden..

Mikrobiell økologi

På begynnelsen av 1960-tallet, i en periode med bekymring for miljøkvalitet og forurensende innvirkning av industrielle aktiviteter, kom mikrobiell økologi fram som en disiplin. Den amerikanske forskeren Thomas D. Brock var den første forfatteren av en tekst om emnet i 1966.

Det var imidlertid på slutten av 1970-tallet da mikrobiell økologi ble konsolidert som et tverrfaglig spesialisert område, siden det avhenger av andre vitenskapelige grener, som økologi, cellulær og molekylærbiologi, biogeokjemi, blant andre..

Utviklingen av mikrobiell økologi er nært knyttet til metodiske fremskritt som gjør det mulig å studere samspillet mellom mikroorganismer og biotiske og abiotiske faktorer i deres miljø..

På 1990-tallet ble molekylærbiologiske teknikker innlemmet i studien inkludert in situ av mikrobiell økologi, som gir muligheten til å utforske det enorme biologiske mangfoldet som finnes i den mikrobielle verdenen, og også kjenne dets metabolske aktiviteter i miljøer under ekstreme forhold.

Deretter tillot rekombinant DNA-teknologi viktige fremskritt innen eliminering av miljøgifter, så vel som i kontroll av kommersielt viktige skadedyr..

Metoder i mikrobiell økologi

Blant metodene som har tillatt studien in situ av mikroorganismer og deres metabolske aktivitet, er:

• Konfokal lasermikroskopi.
• Molekylære verktøy som fluorescerende genprober, som har tillatt studiet av komplekse mikrobielle samfunn.
• Polymerase kjedereaksjon (PCR).
• Radioaktive markører og kjemiske analyser, som muliggjør måling av blant annet mikrobiell metabolsk aktivitet.

Underdisipliner

Mikrobiell økologi er vanligvis delt inn i underdisipliner, for eksempel:

• Autoekologi eller økologi til genetisk relaterte populasjoner.
• Økologien til mikrobielle økosystemer, som studerer de mikrobielle samfunnene i et bestemt økosystem (bakkenett, luft eller vann).
• Mikrobiell biogeokjemisk økologi, som studerer biogeokjemiske prosesser.
• Økologi av verts-mikroorganismeforhold.
• Mikrobiell økologi anvendt på miljøforurensningsproblemer og i gjenoppretting av økologisk balanse i inngripne systemer.

Studieområder

Blant områdene for studier av mikrobiell økologi er:

• Mikrobiell evolusjon og dens fysiologiske mangfold, med tanke på livets tre domener; Bakterier, Archea og Eucaria.
• Rekonstruksjon av mikrobielle fylogenetiske forhold.
• Kvantitative målinger av antall, biomasse og aktivitet av mikroorganismer i omgivelsene (inkludert ikke-dyrkbare).
• Positive og negative interaksjoner innenfor en mikrobiell populasjon.
• Interaksjoner mellom forskjellige mikrobielle populasjoner (nøytralisme, kommensalisme, synergisme, mutualisme, konkurranse, amensalisme, parasittisme og predasjon).
• Interaksjoner mellom mikroorganismer og planter: i rhizosfæren (med nitrogenfikserende mikroorganismer og mycorrhizal sopp) og i planteluftstrukturer.
• Fytopatogener; bakteriell, sopp og viral.
• Interaksjoner mellom mikroorganismer og dyr (mutualistic og commensal tarmsymbiose, predasjon, blant andre).
• Sammensetningen, funksjonen og prosessene for arv i mikrobielle samfunn.
• Mikrobielle tilpasninger til ekstreme miljøforhold (Undersøkelse av ekstremofile mikroorganismer).
• Typer mikrobielle habitater (atmosfære-økosfære, hydro-økosfære, lito-økosfære og ekstreme habitater).
• Biogeokjemiske sykluser påvirket av mikrobielle samfunn (sykluser av karbon, hydrogen, oksygen, nitrogen, svovel, fosfor, jern, blant andre).
• Ulike bioteknologiske anvendelser i miljøproblemer og av økonomisk interesse.

applikasjoner

Mikroorganismer er essensielle i de globale prosessene som gjør det mulig å opprettholde miljø- og menneskers helse. I tillegg fungerer de som en modell i studien av mange populasjonsinteraksjoner (for eksempel predasjon).

Forståelsen av den grunnleggende økologien til mikroorganismer og deres innvirkning på miljøet har gjort det mulig å identifisere bioteknologiske metabolske kapasiteter som gjelder for ulike områder av økonomisk interesse. Noen av disse områdene er nevnt nedenfor:

• Kontroll av biodeterionering av etsende biofilm av metallstrukturer (som rørledninger, radioaktive avfallsbeholdere, blant andre).
• Skadedyr- og patogenbekjempelse.
• Restaurering av jordbruksjord degradert ved overutnyttelse.
• Biobehandling av fast avfall i kompostering og deponi.
• Biobehandling av avløp gjennom avløpsrenseanlegg (for eksempel ved bruk av immobiliserte biofilmer).
• Bioremediering av jord og vann som er forurenset med uorganiske stoffer (som tungmetaller), eller fremmedfrykt (giftige syntetiske produkter, ikke generert av naturlige biosyntetiske prosesser). Disse xenobiotiske forbindelsene inkluderer halokarboner, nitroaromater, polyklorerte bifenyler, dioksiner, alkylbenzylsulfonater, petroleumhydrokarboner og pesticider..

• Biodekning av mineraler gjennom biolakking (for eksempel gull og kobber).
• Produksjon av biodrivstoff (etanol, metan, blant annet hydrokarboner) og mikrobiell biomasse.

Referanser

1. Kim, M-B. (2008). Fremgang i miljømikrobiologi. Myung-Bo Kim Editor. s. 275.
2. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D. H. Stahl, D. A. og Brock, T. (2015). Brockbiologi av mikroorganismer. 14. utg. Benjamin Cummings. s. 1041.
3. Madsen, E. L. (2008). Miljømikrobiologi: Fra genomer til biogeokjemi. Wiley-Blackwell. s. 490.
4. McKinney, R. E. (2004). Miljøforurensningskontroll mikrobiologi. M. Dekker. s 453.
5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi. Femte utgave, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofiler som kilde for nye enzymer. Nåværende mening i mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson, S. C. og Jones, K. C. (1993). Bioremediering av jord forurenset med polynukleære aromatiske hydrokarboner (PAHer): En gjennomgang. Miljøforurensning, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.